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BIM 技术在超高层住宅中穿插流水施工的应用技术在超高层住宅中穿插流水施工的应用 吴少平 邓志峰 周焕游 中天七建，广东 广州 510091 [摘要摘要]目前，基于信息化和并行工程技术的施工流水组织方法成为超高层住宅施工向绿色施工和工业化发展 研究的焦点，本文分析了“穿插流水”技术的原理和在高层施工组织中的优势和特点，结合工程实例介绍了应用 BIM 技术实现穿插流水的可视化和信息化的主要组织和实施过程。 分析结果表明， BIM 技术有效解决穿插流水施工 组织的问题，有助于充分利用工作面，促进协同和并行工作水平，从而节约工期，提高效率，降低工程风险，确保 工程目标实现，并改善项目现场的安全文明状况。 [关键词关键词]建筑信息模型；穿插流水施工；超高层住宅；信息化；工业化 0 引言引言 近年来，城市住宅建设向超高层建筑方向发展的趋 势日益明显，并伴随着诸如工期紧张；作业类型复杂， 工种多，组织困难，施工效率低；资源消耗大，安全隐 患多等问题。亟需对工序组织方式进行改进，并通过信 息化手段实现在施工阶段的协同工作。建筑业“十二五” 发展规划强调，积极推动建筑工业化，全面提高行业信 息化水平。在工业化建造方式的优势下，“穿插法”施工 管理技术进入建筑人员的视野。相比于传统流水施工作 业方式，穿插法有着工期短，施工作业高效集成，劳动 力以及工作面利用率高等特点，是一项基于工业化背景 的新型工序组织管理技术。 BIM 技术作为建筑领域信息技术的研究和应用热 点，其应用价值已得到政府的高度关注和行业的普遍认 可。 BIM 技术可以使穿插流水施工在信息化的基础上实 现施工作业的集成和并行。基于工业化、信息化的组织 方式改进问题以及 BIM 技术如何去解决这种方式的实 现问题，这两个关键问题的研究不够，相关研究成果缺 乏，该问题的研究是推动是现代施工发展的需要，是工 业化、信息化发展的需要。 1 穿插流水施工技术原理穿插流水施工技术原理与特与特点点 穿插流水施工明确施工全过程从下往上流水的施 工工序组织要求，简化施工工序，充分利用各工序工作 面，需要完成主体混凝土工程，水电安装工程，外墙装 饰工程及户内精装修工程等四个基本专业在竖向空间 和横向空间中的具体工序的合理组织与整合，从而缩短 施工总工期，降低对劳动力数量的需求，提高工程管理 的精细化水平。 相对传统组织方式的特点，穿插流水施工技术充分 利用工作面，实现多工作协同和并行；促进了各工作形 成各种有利组合方式，提高施工设施利用率；能够良好 的结合工业化施工。因此，该技术更适应于超高层住宅 建筑的施工。 2 需要需要解决的重点难点问题及应用解决的重点难点问题及应用 BIM 的必要性的必要性 相对于传统流水作业的组织方式而言，穿插流水施 工有以下重点难点需要解决 2.1 协同工作要求高 穿插流水施工参与方众多，对管理手段要求高，尤 其是各专业单位的协同工作， 需要建立 BIM 实施组织机 构，并细化工作流程，以此协助各参与方的协同工作。 2.2 空间组织难度大，对总体施工计划要求高 穿插流水施工专业工艺多种多样，将整个项目不同 阶段、不同专业的施工过程变成一个相互协调、平行施 工的整体，需要根据不同专业的自身特点以及施工环节 之间的相互影响进行管理协调。 而 BIM 解决施工作业空 间可行性、安全性等问题，并通过进度模拟制定合理的 总体施工计划。 2.3 实施风险管理与方案优化困难 针对不同施工阶段的具体施工内容对人力、物力、 财力资源进行整体规划，全面统筹工程施工过程中的工 期计划、技术、质量、成本、安全、资料等管理。通过 在空间几何模型基础上叠加时间、数量和成本、建造与 管理等信息，实现从 3D 到 4D、5D 等的多维度表达， 以 BIM 为驱动实施风险管理与方案优化[1]。 2.4 场地动态管理和资源控制复杂 现场不同专业的众多施工单位交叉作业，员工素质 参差不齐，各个不同的施工阶段平面布置均需调整变 化，必须按不断变化的现场条件对施工场地进行规划调 整。 通过 BIM 可视化方式交流和分析项目活动， 对场地 堆放材料部品进行合理规划，对楼层实行分区管理责任 制度，实时监控场地情况变化，及时对材料部品的供货 与存储进行调整。 图 1 穿插流水施工原理 3 应用案例应用案例 图 2 项目效果图 本文以某超高层住宅项目为依托介绍 BIM 技术在 穿插流水施工中的研究与应用。该项目位于广州市番禺 区， 工程总用地面积 362651 ㎡， 总建筑面积 735461 ㎡， 其效果图如图 2 所示。项目包含 1 栋 10 层的商业楼、1 栋多层教学办公楼、1 栋幼儿园以及 16 栋 32-35 层的高 层住宅楼、 7栋39-42层超高层住宅。 其中4栋住宅B5-B8 基于工业化的施工技术，采用穿插流水施工工艺。项目 采用的关键技术工艺包括预制装配式外墙结构、铝合 金模板、轻质隔墙板以及集成爬架。项目组建了专门的 BIM 研究小组，通过 BIM 技术的引入，使得穿插流水 施工得以实现信息化管理。 4 BIM 应用实施组织机构应用实施组织机构 对施工现场各单位设置负责 BIM 有关事宜的岗位， 项目 BIM 团队由总包方以及分包方 BIM 负责人共同组 成，各专业分包方 BIM 负责人在总包 BIM 团队负责人 的统一管理和组织下开展 BIM 工作[2]。 图 3 项目 BIM 团队组织机构图 5 穿插流水施工工序组织穿插流水施工工序组织 BIM 应用应用 工序组织是影响穿插法施工的关键因素，传统的施 工组织及方案优化单凭工程经验主观臆断，容易导致工 作面的冲突以及人员调配出现错误，甚至引发安全问 题。 应用 BIM 技术对工序组织进行模拟， 同时考虑空间 因素以及安全因素，对穿插法进行可行性判断，使得工 作面得到充分利用。 5.1 土建施工阶段 主体结构中， 可以利用 BIM 对工作面的分配和交叉 进行展示，比选穿插方案，并进行动态分析。例如项 目 B5-B6 栋主体结构第 N 层的施工状态如图 4 所示， 施 工作业内容为第 N 层同时进行外墙 PC 吊装，以及主体 结构支模，土建 BIM 负责人用 Navisworks 软件对建筑 实体进行内部浏览，并模拟塔吊的运行，两道施工工序 在横向空间没有交叉，不影响相互施工，得出该施工方 案可行。第二阶段的状态如图 5 所示，第 N 层安装预制 内墙板，以及外墙铝合金窗框，两者在水平方向上未产 生交叉作业，只需做好在垂直运输上的协调。第三阶段 的状态如图 6 所示，第 N 层继续安装预制内墙板，并且 在第 N1 层开始吊装外墙 PC。结果显示三个阶段的施 工在横向空间和竖向空间均未产生冲突，该方案得以实 施。通过对施工作业面工况的模拟，可以直观地对比分 析施工方案的优劣，考虑到作业面的叠加以及施工进度 的要求，选择施工效率较高的施工方案，充分利用现有 劳动力。 图 4 第一阶段 N 层施工模型状态 图 5 第二阶段 N 层施工模型状态 图 6 第三阶段 N 层施工模型状态 5.2 水电安装阶段 在对相关施工方案进行比选时，通过创建相应的三 维模型对不同的施工方案优化，为施工方案选择提供参 考。例如地下室负一层水电施工阶段，判别风管安装 和水管安装的先后次序，要考虑管线的标高空间大小能 否满足下一步其他设备安装的空间要求，尽可能地使安 装工人的机械设备重复使用。 水电 BIM 负责人可以对地 下室的 BIM 模型进行分析，使用 Revit 软件隐藏其中一 类设备并导入 Navisworks 软件， 先后量测隐藏水管保留 风管状态下，以及隐藏风管保留水管状态下的空间大 小，比对空间尺寸、安装便利程度等不同的施工条件， 并借助 Navisworks 软件的 TimeLiner 功能，通过选择树 添加视点，制作工作集，添加不同次序的安装任务，可 以制作不同的安装动画，不断调整，从中找出最佳的安 装工序[3]，使对设备安装的先后次序，以及工作面布置 都可以做到精细化管理（图 7、8）。 总包BIM负责人 装修BIM负责人 水电 BIM 负责人 土建 BIM 负责人 总包 BIM 协调人员 图 7 Revit 模拟地下室负一层水电安装 图 8 Navisworks 优化水电安装施工方案 5.3 精装修阶段 利用 BIM 可视化的功能， 把现场施工场景做出真实 空间比例关系的 BIM 模型，其真实的空间尺寸和 360 视角可以让人清晰地识别施工现场的状况。通过模拟分 析的方式， 解决协同工作的问题。 应用 Navisworks 软件， 通过对施工作业环境进行量测，得出空间大小，净空高 度等数据，施工作业所需面积够不够，尺寸够不够，以 此判断是否可以允许两道工序同时进行施工。例如天 花吊杆龙骨安装和客厅地砖可否同时进行，单纯从传统 的二维图纸不能够很直观、精确地看出其是否可行，装 修 BIM 负责人通过用 Revit 软件依据施工图建模，并导 入 Navisworks 软件对现实场景进行模拟。 通过第三人视 角漫游建筑物内部，测量所在空间内尺寸和面积，可得 出两道工序并行在安全问题上会相互影响，应该先由吊 顶安装工人进场施工，待完成作业面可供地砖铺贴施 工，并且在竖直方向上没有交叉影响时，才可进行工序 搭接，避免安全隐患。 施工工序与工作面的合理安排对于节约项目工期 有着很大的作用。不同的工序组合产生不同的空间情 况，对空间的不同利用使穿插流水施工在技术上，使生 产组织方式变得更难更复杂，在安全性方面提出了更高 的要求。传统的做法主要是基于二维图纸和管理人员的 施工经验，很难发现各工序之间的碰撞问题，从而导致 现场施工混乱，影响施工工期，甚至造成安全事故。 6 穿插流水施工进度计划编制穿插流水施工进度计划编制 BIM 应用应用 应用 BIM 技术对进度计划进行模拟， 展示工作面的 分配、交叉，辅助进度计划的编制，方便对进度计划进 行合理性分析，以此确定工程总工期和关键线路。以精 装修为例，首先详细分析单层精装的所有工序，按照单 层每户的作业空间，可以划分为客厅卧室（干区）、卫 生间、厨房（湿区）三部分，进行小工序合理调整，形 成流水作业，以便确定单层精装的总工期，并确定关键 线路工序内容、非关键线路工序内容及其相对工期。检 查各工序作业面，分析各楼层所布置的施工任务之间是 否有时间和空间上的冲突，编制初步施工进度计划。接 着，采用 5.3 节的方法通过 BIM 对施工组织进行调整， 检查所安排的穿插作业进度计划可行与否，各楼层的施 工进度能否再压缩，使工作面得到充分利用，并验证修 改后的施工进度计划的可行性，以及安全性等问题。其 他专业 BIM 负责人采用相应的方法编制各专业的进度 计划，最后由总包 BIM 协调人员汇总各专业 BIM 负责 人提交的初步施工进度计划，并整理完善，交予监理审 核，下发给各分包单位 BIM 负责人进行实施。 7 穿插流水施工进度计划穿插流水施工进度计划 5D 管理管理 基于BIM的施工进度计划5D管理结合三维模型对 施工进度相关控制节点进行施工模拟，展示在不同的进 度控制节点， 工程各专业的施工进度， 以及工程量统计。 7.1 模型建立 首先，由总包 BIM 负责人收集编制依据文件资料， 应用 Revit 软件进行建模，导入各项施工信息，包括预 制内外墙板、水电管线安装、墙地砖铺贴、五金洁具安 装等重要参数。该模型需要对各楼层进行人员部署，对 施工作业人员的专业、数量进行详细表达图 9。 图 9 BIM 模型信息导入 7.2 进度计划模拟 各专业 BIM 负责人以模型为媒介， 完成各自工作的 协同和穿插， 并编制各自的施工进度计划。 总包 BIM 协 调人员提前一周向各分包单位 BIM 负责人收集各单位 下一周的施工进度计划以及施工工序的作业面需求，编 制初步施工方案， 交由监理单位审核。 由总包 BIM 协调 人员更新模型信息， 导入各项施工组织信息， 并将 Revit 模型导入 Navisworks 软件， 使建筑信息模型与施工计划 相关联，模拟各楼层每日的作业情况，以及集成爬架的 爬升，塔吊的爬升，反复验证其可行性。选择最优的施 工方案， 并由监理单位审核， 完成最合理的总进度计划， 并在全过程施工中分解为月进度计划、周进度计划。同 时， 由总包 BIM 协调人员实时监控施工进度的变化， 并 及时更新模型信息，将现场实际进度与模型计划进度相 比对，预警现场不利状况。 7.3 资源供应计划 在进行施工模拟的过程中， 计算劳动力、 材料部品、 预制构件、机械等资源，将资金以及相关材料资源数据 录入到模型当中，在进行施工模拟的同时也可查看在不 同的进度节点相关资源的投入情况。统计下一周每日各 楼层的施工作业量，以此推算各分包单位的人员调配是 否满足施工要求，仓库中各材料部品是否满足施工需 求。同时，将作业面需求的收集结果整理成表格，根据 该表格工序的工作面需求，按照工序的时间顺序，进行 施工工作面的布置，完成工作面布置后，通过施工模拟 进行工作面的碰撞检查，分析各楼层之间，各户之间的 施工作业面的衔接有无冲突， 完成基于 BIM 的供应计划 审核。 7.4 利用 BIM 云平台实现实时、数字化的管理 云计算包括互联网上各种服务形式的应用以及这 些服务所依托数据中心的软硬件设施，这些应用服务一 直被称作软件即服务，而数据中心的软硬件设施就是所 谓的云[4]。BIM 信息化技术与云技术相结合，可以有效 地将信息在云端进行无缝传递，打通各部门之间的横向 联系，通过借助移动设备设置客户端，可以实时查看项 目所需要的信息，真正实现项目合作的可移动办公，提 高项目的完成精度。结合便携式移动终端设备与相关配 套软件，提高工效，强化现场质量安全管理。 图 10 BIM 云平台 7.5 会议制度 如果将各单位的施工进度计划整合后发现施工作 业面有冲突或者人员材料无法到位等情况，则由总包 BIM 负责人召开 BIM 计划协调会，以 BIM 模型为会议 沟通媒介，调整施工部署，并对施工计划做二次调整[5]。 并对各工序时间进行协调，或者对工序进行改进升级， 减小工作面甚至重新选择工序，消除工作面之间的碰 撞。总包 BIM 协调人员对优化后的工序进行分析评估， 作出决策后通知相关各分包方；同时，对设计优化后的 施工工序，还可以利用 Navisworks 软件生成施工动画， 给相关人员作技术交底，从而确保现场工作合理有序地 进行。 除此之外， 可由总包BIM 负责人组织召开专项BIM 月度协调会，会议必须参加人员总包项目经理、总包 BIM 负责人，各分包单位的项目经理、分包 BIM 负责 人，总监和甲方项目负责人。在会议上通过施工模拟与 项目实际进展照片的对比，分析上周计划执行情况、布 置下周生产计划、协调有关事项。 8 部品供货与存储安装部品供货与存储安装 BIM 应用应用 由于工业化项目大量采用工厂预制构件，加之穿插 流水施工导致同一楼栋所需材料部品增多，其供应和存 储是一个动态变化的过程。传统的平面布置设计很难对 复杂的现场状况考虑周全，不能十分有效地利用有限的 施工场地，造成施工不便，影响施工进度，甚至引起安 全事故的发生[6]。BIM 模型能真实地反映出设备与现场 的状况，作为管理人员沟通和决策的依据，将在很大程 度上改变上述局面。 8.1 部品分类 现场安装的建造方式，势必对材料部品在施工现场 的场地堆放和部署有更为严格的要求。就普通的工业化 施工现场来说，一般主要有以下几种材料 1建筑材料器具类沙石、钢筋、铝合金模板等， 一般堆放于临时工棚，集中加工场的附近。 2预制构件类预制外墙、轻质隔墙板、预制楼梯、 预制空调飘板等。对于工业化施工，有大量的预制构件 需要进场安装，一般的施工场地无法同时将每一楼层的 预制构件全部存放在工地现场，必然有一些构件是需要 到场后直接从拖车上起吊运送至楼层，需做好供货计划 与施工进度的相互配合。 3家具部品类入户门、室内门、墙地砖、厨卫用 品、洁具、灯具。这些需要做好成品保护，易损坏的部 品需要放在地下室，或者到场后直接运送至施工安装楼 层。 8.2 部品进场 通过结合 BIM 技术， 将场地管理信息化， 判断材料 进场所需最小尺寸是否满足，材料堆场面积是否满足。 并把材料堆放和工作面的匹配结合起来，在任意时间 点， 该施工场地和所需材料相结合考虑。 通过将 BIM 模 型和管理数据相结合，实时监控现场状况，有效调整场 地规划及楼层内施工人员部署。 8.3 室内堆料 材料部品户内场地堆料的位置也可通过 BIM 分析， 作精确部署，避免影响工人及施工器具的进出。例如， 墙地砖的进场， 沙石的堆场， 既要考虑运输的路线问题， 又要考虑施工使用的便捷问题。通过 Revit 软件模拟现 场情况，制定详细的楼层内材料部品运输路线，以及墙 地砖的铺贴顺序，确定材料的堆放位置。避免影响工人 进出的安全问题，以及部分材料加工对部分部品构件的 成品保护产生的影响。 8.4 部品存储 对于材料部品的存储，通过 Revit 软件对施工现场 建模，进行场地划分，详细说明各个区域的材料堆放情 况，并以百分比表示该区域的堆放情况。可查询所堆放 材料的进场时间，供货单位，数量，型号，材料用途以 及存储的注意事项等施工属性。针对材料性质的不同， 进行合理的分区、分类保管并制定专项安全保障措施， 使安全措施切实可行。同时考虑各种材料的使用先后， 运送路线，便于施工顺利开展。可视化管理施工现场的 种种材料部品，使管理有序紧凑，不因材料部品没及时 到场延误工期，不因材料部品到场无处存储安置影响施 工次序，保证了现场安全文明的良好状态图 11、12。 图 11 地下室区域划分 BIM 模型 图 12 材料部品堆放区域信息说明 8.5 工程量统计与部品供货 通过对施工现场的模拟，增强计划的逻辑性，对供 货计划， 现场堆放计划， 材料用于施工的计划进行编排， 细化月、周、日工作计划，并明确作业的内容和人数， 清楚场地内材料部品的调配情况，每天复核计划执行情 况。配合 Revit 软件中的明细表，清楚各材料堆放场地 的状况，以及下一阶段所需的工程量统计。例如需要 统计某阶段 B5-B6 栋所需铝合金窗数量，可从 Revit 中 导出铝合金窗的明细表，以 Excel 表格的形式，列出详 细的材料需求清单至精装修单位进行审核、校对，并发 往材料供应商。尤其需要注意直接影响施工进度的预制 构件，应提前与预制构件厂沟通预定，确定供货时间， 使 PC 构件能准时到达施工场地，直接吊装到施工楼层 进行施工，避免增加施工现场的存储负担。 9 BIM 应用成效应用成效 穿插流水作业相比传统的流水作业，存在工序并行 的情况，在同一个施工作业空间内可能会有不同工作平 行作业， 依靠 BIM 技术对施工现场进行模拟， 良好的解 决了平行作业空间可行性的问题以及安全问题。 BIM5D 管理过程中，可对进度计划的编制过程和优化过程进行 模拟分析，确保持续时间、逻辑关系的准确性，预见计 划执行中可能存在的问题，并及时对计划进行调整。应 用可视化模拟分析后的可建造性 4D 模型和施工进度计 划为依据进行施工组织和安排，清楚的指导下一步工作 时间和内容，合理安排各专业材料设备的供货和施工时 间[7]。该项目 B5-B8 栋采用穿插流水施工，与其他楼栋 相比，提高生产效率 4050，提高设备周转率 60， 穿插作业比传统工期缩短 110 天，工期缩短约 21。 10 结语结语 穿插流水施工是适应现代超高层建筑的的新型施 工管理技术，该项目通过改进施工组织方式，充分利用 工作面，有效缩短工期，提高施工效率。而利用 BIM 技 术对施工组织、进度计划以及相关施工方案进行三维模 拟，更加直观地展示了工程进度以及相关施工方案的具 体实施过程，便于发现穿插流水在空间组织中的问题； 促进各单位之间的协同工作，有效改善施工组织与方案 优化，提升项目施工效益；优化项目现场材料部品的供 货与存储情况， 避免待工待料， 影响施工进度以及成本。 BIM 技术作为一种新型的工具供项目管理人员对项目 的施工进度、场地规划做更好的把控，使项目管理更加 直观、简便，标准化、工业化、信息化的施工技术与组 织管理势在必行。